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07090414何宇鹏

广东机电职业技术学院

毕业综合实践报告

毕业综合实践题目:

_4W开关稳压电源的设计与制作_

专业:

___________应用电子___________

班级:

__________电测0904____________

学生姓名:

__________何宇鹏_______________

指导教师:

__________范小鹏_______________

上交时间:

2010年10月11日

目录

4W开关稳压电源的设计与制作1

摘要1

1：

前言2

2总体方案的确定3

2.1设计思路3

2.2总体方案的确定3

3硬件电路3

3.1电路工作原理3

3.2元器件的介绍4

4开关电源的制作4

4.1PCB的设计4

4.2电路的焊接5

4.2.1焊接步骤5

4.2.2焊接要领5

4.2.3焊接注意事项6

4.3操作后检查6

4.4注意事项6

5调试6

5.1测试仪器6

5.2测试方法6

5.3测试结果7

5.4拓展7

结论8

参考文献8

4W开关稳压电源的设计与制作

摘要

本次毕业论文设计要求将90VAC-264VAC输人范围的50/60Hz交流电压变换为直流+5V输出.精度高于13%,输出功率为4W,最大输出电流可达0.8A，典型变换效率为70%。

因为开关稳压电源具有的特点越来越多，不仅要求体积小，重量轻，稳压范围宽，而且还要功耗小，效率高，所以在本次设计中主要采用了TOP210、光耦合器、TL431来控制整个电路。

从而达到很好的效果。

关键词：

开关稳压电源光耦TOP210TL431

1：

前言

开关稳压电源具有功耗小、效率高等特点。

在开关稳压电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。

这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80。

体积小，重量轻。

从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。

由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。

由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。

稳压范围宽。

从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。

这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。

所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。

此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。

开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。

滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。

开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍；即使采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500倍。

在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500～1/1000。

电路形式灵活多样，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。

2总体方案的确定

2.1设计思路

开关稳压电源，实质上是一个受控制的电子开关。

电子开关在直流稳压电源中做调整元件，通过改变调整器件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳定输出电压的目的。

开关式稳压电路分调宽式和调频式两种，在实际应用中调宽式使用得较多。

开关集成稳压器一般都采用脉宽调制式工作方式，从控制上分有电流型和电压型两大类;从输入输出关系上分有降压型、升压型和极性反转型-大类;从电路结构 上分有开关集成稳压器和开关电源脉宽调制器之分，开关集成稳压器只限于低电压稳压电源。

为了避免大功率集成电路的一些困难，往往将开关式稳压电外围元件，即可构成一个开关式稳压电源。

此次设计就是现在我使用的这种是最新的一种具有元件少，功率小，效率高，稳定性好等优点的电路。

电路用的元件TOP210PFI，TL431，TLP521是最新的元件。

不仅解决了分离元件的多、麻烦等缺点，而且性能稳定，是电路的核心元件。

2.2总体方案的确定

整个开关电源的工作过程：

输入交流电90VAC-264VAC，通过整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。

接着到DC/AC转换电路，因为直流有不稳定性，一般的是由直流先逆变成交流（高频,低频等），通过附加电路控制输出功率。

之后交流再整流成直流，通过电容，电抗等，控制输出电流和电压。

再到采样电路，是因为在A/D转换期间，为了使输入信号不变，保持在开始转换时的值，通常要采用一个采样保持电路。

再通过放大器放大，到基准电路输出一个标准的电压。

负载电路主要是起到保护的作用。

最后输出直流电压。

根据交流电压经过整流滤波电路转换为直流电压后，通过开关元件的开，断变为方波，然后将方波通过储能电路再转换为平滑的直流电压。

控制电路主要是控制开关元件频率的时间比例，从而实现稳压控制。

3硬件电路

3.1电路工作原理

采用下列的电路方案即可将90VAC一264VAC输人范围的50/60Hz交流电压变换为直流+5V输出.精度高于13%，输出功率为4W,最大输出电流可达0.8A，典型变换效率为70%，是一个很好的4A开关型5V直流稳压电源。

但是这个电路在制作装配时一定要注意它的散热和隔离问题。

图中Ul,TI和D3为发热元件，布局时要与其他元件相隔一定距离。

Ul的6个地引脚要和输人端大面积地可靠连接，并利用它散热。

输人和输出地两边元件要以变压器I'l和光锅U2为轴线分二边布局，中间留足空间保证输入输出对隔离电压的设计要求。

图中电解电容器最好使用低阻抗宽温NJ开关电源专用电容，以获得最佳性能。

C8/C9为Y2型安规电容。

图中C1,L1,C8和C9构成个EMI滤波器，BR1和C2对输入交流电压整流滤波，D1和D2用于消除因变压器漏感引起的尖峰电压，UI是一个内置MDSFET的PWM控制器，它控制整个电路的工作，R2和R3是取样电阻，它们和U2,U3一起对出电压进行I-I授控制，以确保负载变化时输出电压稳定。

D3和C3是次级整流滤波电路，L2和C4对输出电压进一步滤波以便降低输出纹波电压。

3.2元器件的介绍

（1）TL431的介绍

德州仪器公司（TI）生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。

它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。

该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。

4开关电源的制作

4.1PCB的设计

在任何开关电源设计中,PCB制作都有6个步骤：

网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出。

简单的电路可以用单层的板来画，因为本次制作较为简单所以采用的就是单层的板。

在生成PCB时如果出现了错误，那就肯定不可以生成的，必须把错误修改好，一般在SCH里都会把错误显示出来。

一般都是分装有错误，本次设计的变压器的分装是自己画的。

必须画好后命名，放到分装库里，不然找不到分装也会出现错误。

生成PCB后，对元器件进行布局，因为本次设计的是开关稳压电源，所以布局非常重要，必须要考虑散热问题，所以在布局时要把发热原件分散排布，以提供更好的散热空间。

当所有的元器件都排布好以后，最重要的就是设置规则。

参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。

最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。

焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。

当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状,这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。

元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。

例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降。

因为本次设计的交叉线很少，所以在自动布线之后，进行手工布线后就没有产生交叉线，这是制作电路板最理想的结果。

有时候碰到交叉线必须放置焊盘，焊盘的大小必须设置为100Mil。

实在不行就改80。

走线的角度不能是90度，所以在自动布线后必须对走线进行手动修改。

4.2电路的焊接

随着电子元器件的封装更新换代加快，电子发展已朝向小型化、微型化发展，手工焊接难度也随之增加，在焊接当中稍有不慎就会损伤元器件，或引起焊接不良，所以必须对焊接原理，焊接过程，焊接方法，焊接质量的评定，及电子基础有一定的了解。

4.2.1焊接步骤  

烙铁焊接的具体操作步骤可分为五步，称为五步工程法。

按上述步骤进行焊接是获得良好焊点的关键之一。

在实际生产中，最容易出现的一种违反操作步骤的做法就是烙铁头不是先与被焊件接触，而是先与焊锡丝接触，熔化的焊锡滴落在尚末预热的被焊部位，这样很容易产生焊点虚焊，所以烙铁头必须与被焊件接触，对被焊件进行预热是防止产生虚焊的重要手段。

4.2.2焊接要领  

烙铁头与两被焊件的接触方式：

接触位置：

烙铁头应同时接触要相互连接的2个被焊件，烙铁一般倾斜45度，应避免只与其中一个被焊件接触。

当两个被焊件热容量悬殊时，应适当调整烙铁倾斜角度，烙铁与焊接面的倾斜角越小，使热容量较大的被焊件与烙铁的接触面积增大，热传导能力加强。

接触压力：

烙铁头与被焊件接触时应略施压力，热传导强弱与施加压力大小成正比，但以对被焊件表面不造成损伤为原则。

焊丝的供给方法：

供给时间：

原则上是被焊件升温达到焊料的熔化温度是立即送上焊锡丝。

供给位置：

应是在烙铁与被焊件之间并尽量靠近焊盘。

供给数量：

应看被焊件与焊盘的大小，焊锡盖住焊盘后焊锡高于焊盘直径的1/3既可。

焊接时间及温度设置：

温度由实际使用决定，以焊接一个锡点4秒最为合适，最大不超过8秒，平时观察烙铁头，当其发紫时候，温度设置过高。

4.2.3焊接注意事项

焊接前应观察各个焊点（铜皮）是否光洁、氧化等。

在焊接物品时,要看准焊接点，以免线路焊接不良引起的短路 。

焊接时千万注意不能虚焊，因为这有可能引起调试不成功。

4.3操作后检查  

用完烙铁后应将烙铁头的余锡在海绵上擦净。

每天工作后必须将烙铁座上的锡珠、锡渣、灰尘等物清除干净，然后把烙铁放在烙铁架上。

将清理好的电烙铁放在工作台右上角。

4.4注意事项

在焊接电路板时，要留有一个凹槽，为的就是防止漏电，进行隔电的。

如果调试不会成功，可能出现了虚焊。

本次设计可以把一个电阻的阻值更改一下就可以改变输出的电压。

也可以改成电位器，这样输出的电压就是可调的了。

5调试

5.1测试仪器

万用表一只，示波器一台

5.2测试方法

测试方法：

在直流稳压电源通电测试之前，必须认真对安装电路进行下列事项的检查。

对电源变压器的绝缘电阻进行检测，以防止变压器漏电，危及人身和设备的安全。

一般采用兆欧表测量一、二次绕组之间，各绕组与接地屏蔽层之间，以及绕组与铁芯之间的绝缘电阻，其值不应小于1000兆欧，如果万用表高电阻挡检测，则其指示电阻均为无穷大。

电源变压器的一次和二次绕组不能搞错，否则将会造成变压器损坏或电源故障。

二极管的引脚（或整流硅桥）和滤波电容器的极性不能相反，否则将会损坏元器件。

检查负载端不应该有短路现象。

稳压电源的调试一般分为三步进行，即空载检查测试、加载检查测试和质量指标测量。

5.3测试结果

在90VAC~264VAC输入范围的5060HZ交流电压变换为直流+5V可调输出。

输出功率4W，最大输出电流可达0.8A。

典型变换功率为70%，精度优于±3%。

5.4拓展

将固定输出5V改为可调输出0-12V，只要改变固定电阻的阻值，也可以将固定电阻改为一个点位器，就可以使输出的电压变为可调的输出电压了。

结论：

经过一个学期的努力奋斗，我在老师和同学们的帮助下终于按期完成了我的毕业论文。

通过这次毕业论文使我明白了自己的专业知识还比较欠缺，自己要学习的东西还很多。

学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在设计的过程中，遇到了不少问题，需要不断的查阅资料，还要不断的问老师才能完成设计，不过收获很多。

在整个设计中，我懂得了许多东西，也更加熟练的运用Protel99SE软件进行画图和布线等。

还有以前在制作时都没有注意到的问题，通过这次设计基本掌握要注意的地方和细节。

以前在书本上所学的东西真的好少，翻阅了其他资料以后，才知道一样简单的实物也可以有许多方案构成的实现不同的功能。

而且知道了开关稳压电源不仅有简单的还有很复杂的电路构成。

所以指导老师说便宜的稳压电路只要几十块就可以买得到，可是复杂的却要上万才能买到。

所以这次对开关稳压电源的设计让我收获了很多知识。

谢辞：

本毕业论文是在老师的精心指导下完成的，并得到了老师的热心帮助。

在所有系统的设计、调试、测试过程中，导师都时刻关心着。

在我读专科期间，导师在学习上对我严格要求，尽可能为我创造学习和实践条件，以其渊博的知识和丰富的实践经验给我指点迷津，使我在完成学业的过程中受益匪浅。

导师严谨、求实的治学精神及对学生的耐心教诲、宽厚待人和无微不至的关怀，都将是我以后工作和学习的榜样。

在毕业论文完成过程中，感谢信息工程学院的领导和老师，他们教我许多知识，他们课堂理论的教导使我受益匪浅。

感谢我的同学三年来，他们在学习和生活上给予了我很多的关心和帮助。

在此表示我最衷心的感谢!

参考文献

【1】陈梓城.《实用电子电路设计与调试》.中国电力出版社

【2】康华光.《电子技术基础》第五版.高等教育出版社

【3】吴立新.《实用电子技术手册》.北京机械工业出版社